Ingeniería Mecatrónica (Lic.)
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Item Diseño de un sistema automático para la preparación de cócteles(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-02-14) Churango Arenas, Jose Luis Abraham; Sigüenza Astoquilca, MichelEn el Perú existen 75,500 establecimientos de entretenimiento en el que se puede servir comida o bebidas (Lopez, 2019, p24). En uno de estos establecimientos, el cual es una discoteca llamada Dizco, que opera de 10:00 pm a 4:00 am los días sábados, con un aforo de 150 personas ubicada en la ciudad de Lima, Perú, se observó una relación entre niveles de estrés de un bartender y periodos de alta demanda que llegaban hasta 63 cócteles por hora en dos eventos realizados durante el mes de noviembre y diciembre del 2024. A partir de ello, se encontró investigaciones que indican que dichos niveles de estrés pueden intensificarse y traer consecuencias hacia el bartender, los clientes, el establecimiento y el cóctel en presentar problemas de salud, conflicto verbal o físico, pérdidas económicas y baja calidad respectivamente. Por ello, a partir de dicha problemática, se plantea un diseño de un sistema automático para la preparación de cócteles, con el principal objetivo asistir al bartender en la preparación de cócteles y disminuir los tiempos de preparación de las mismas ante situaciones de alta demanda. Para ello se desarrolla en primer lugar una definición y análisis de la problemática mencionada anteriormente, del estado del arte, de los requisitos de usuario y de proyecto. A partir de ello, se realiza el inicio del diseño mecatrónico utilizando la “Metodología de diseño para Sistemas Mecatrónicos”, el cual fue desarrollado gracias a un convenio entre la Pontificia Universidad Católica del Perú y la Universidad Federal de Santa Catarina. En dicha etapa se realiza la selección de los componentes del sistema a partir de las funciones que estos desarrollarán, se desarrolla el concepto solución del sistema, donde se realizan diseño eléctrico, mecánico, de software y de control según sea correspondiente. Además, se mostrará el sistema integrado mediante un modelo 3D, la arquitectura mecatrónica, arquitectura electrónica y diagrama de flujo de las principales funciones del sistema. Finalmente, se logra concluir que, bajo este diseño, se calcula un tiempo de preparación hasta 8 a 5 veces menor al que lo realiza el bartender, siendo el mayor ahorro de tiempo de preparación de 40 segundos a 5 segundos de un cóctel llamado Whiskey Fix, y una disminución de 1:00 minuto a 7.5 segundos para preparar un cóctel llamado Chilcano.Item Dispositivo de realidad aumentada para mejorar lavisibilidad de bomberos en incendios(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-02-12) Saenz Arroyo, Adrian Alejandro; Quiroz Velásquez, Diego EduardoSegún cifras oficiales, se esperan aproximadamente 15.5 mil incendios este año y solo en Enero se superó el máximo histórico de incendios mensuales de los últimos diez años, debido a esto se decidió realizar entrevistas a miembros del Cuerpo General de Bomberos Voluntarios del Perú de diferentes bombas de Lima Metropolitana con el fin de conocer sus rutinas, equipos y como planeaban enfrentar este año complicado. Entre sus diversas funciones, la de Búsqueda y Rescate es considerada la mas complicada y en la que solo participan los bomberos mejores entrenados y con mayor experiencia, quienes mencionan que su mayor dificultad en esta labor es la mala visibilidad, por esta razón, se propuso un sistema capaz de brindarles tres modos de visión para optimizar su labor en situaciones de poca o nula visibilidad y ayudarlos a salvar la mayor cantidad de vidas posibles. En el mundo existen solo dos empresas que intentan ayudar a los bomberos con la mala visibilidad a la que se enfrentan durante sus actividades de búsqueda y rescate con soluciones orientadas a la realidad de su país y de su cuerpo de bomberos. Luego de evaluar las fortalezas y debilidades de estos, conocer distintas tecnologías que satisfacen funciones especificas, documentar las exigencias según sus necesidades y conocer la realidad del Cuerpo de Bomberos del Perú, se planteó una solución que satisface tanto los requerimientos técnicos como económicos. Esta solución aprovecha los espacios existentes entre la mascara de respiración y la cara del bombero, así como indumentaria y materiales propio de ellos. Además, la forma de interacción con el dispositivo es mediante un guante diseñado para evitar acciones no deseadas, este guante permite al bombero activar el modo de visión deseado que se proyectará en los lentes de realidad aumentada.Item Diseño de un exoesqueleto con realimentación háptica para la rehabilitación pasiva de la coordinación neuromotora de los dedos de la mano en niños con parálisis cerebral(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-15) Saldarriaga Carranza, Alejandro Manuel; Elías Giordano, Dante ÁngelEn el presente trabajo se realiza el diseño de un exoesqueleto para la rehabilitación de los dedos de la mano en niños que poseen parálisis cerebral infantil, cuyas dimensiones se adaptan a un rango de edades entre 7 a 9 años. De esta manera, el dispositivo asiste en el movimiento pasivo de flexión y extensión de los dedos gracias al mecanismo de transmisión empleado, el cual posibilita tres grados de libertad en cada dedo, a excepción del pulgar, que cuenta con dos. Asimismo, se integra un sistema de realimentación háptica, constituido por 5 módulos de motores vibradores y sus respectivas carcasas. Este permite alertar al paciente acerca de la flexibilidad o rigidez de sus dedos a través de la emisión de vibraciones de cada módulo en forma de pulsos. Una característica destacable es el peso del sistema integrado, siendo este de 570 g, es capaz de posicionarse en el medio con respecto a otros dispositivos de rehabilitación, pues esta propiedad posee mayor relevancia tomando en cuenta que el usuario es un niño. Dicho resultado se obtiene gracias al uso de materiales livianos como el plástico PLA, mediante la técnica de manufactura aditiva en impresión 3D; además, estos materiales poseen propiedades mecánicas suficientes para satisfacer los requisitos de diseño. El proceso de diseño empieza con el análisis de la problemática y el estado del arte, donde posteriormente se realiza una propuesta conceptual, evaluando tanto el aspecto técnico como económico y estableciendo las necesidades del usuario y los requisitos de diseño correspondientes. De esta manera, se aborda la selección de los componentes que constituyen el exoesqueleto, así como simulaciones mediante el método de elementos finitos y cálculos de condiciones de fatiga para los componentes diseñados, con el fin de verificar el funcionamiento de los mismos. Asimismo, se presentan los planos de ensamble, fabricación y diagramas esquemáticos respectivos. Finalmente, en relación a los costos del dispositivo, se dividen en diseño y fabricación. En el primero, se incluyen los honorarios del ingeniero mecatrónico y el supervisor. En el segundo, se abarcan los costos de componentes comerciales, procesos de manufactura y ensamblaje. De esta forma, el costo de diseño asciende a S/. 24,000.00, y el costo total de fabricación es de S/. 2,950.00.Item Diseño de una articulación protésica basada en robótica paralela que emule los movimientos de la articulación del hombro(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-15) Linares Warthon, Misael David; Elias Giordano, Dante ÁngelEn el presente trabajo se realizó el diseño conceptual de una articulación protésica de hombro basada en robótica paralela, empleando la metodología VDI. En base a las diferentes alternativas de solución planteadas se escogió hacer uso de pistones hidráulicos telescópicos como actuadores del mecanismo paralelo. Se planteó utilizar un sistema electromecánico para accionar los actuadores del mecanismo. Cada actuador estará impulsado por un motor Brushless y un mecanismo escalamiento de la relación de transmisión. Se hará uso de un controlador PID para cada actuador, donde las señales de realimentación serán dadas por un sensor de luz infrarroja, para detectar la longitud de cada actuador; y un sensor de corriente para cada motor. Este sistema electromecánico posee un rápido tiempo de respuesta con un tiempo de respuesta menor a 1s considerando el error en estado estable de 1mm. El objetivo de este diseño es brindar una alternativa de desarrollo de prótesis diferente a los modelos de dinámica seriales que dominan el campo. Se establecieron los requerimientos de diseño en base parámetros como ergonomía, costo, velocidad angular, capacidad de carga, peso, alimentación, autonomía, fabricación, rango de movimiento, materiales y montaje. Además, se construyó un modelo matemático utilizando el software de MATLAB y matrices de transformación homogénea. Este modelo matemático se desarrolla en base a la cinemática inversa del mecanismo. Sobre este modelo se simularon trayectorias que emulan movimientos de la articulación del hombro. En base al análisis antropométrico y cinemático de dicha articulación se buscó una configuración geométrica que optimice el rango de movimiento de la articulación protésica. El rango de movimiento alcanzado por la articulación protésica es un 70% del rango de movimiento del hombro biológico. Adicionalmente, se plantearon condiciones preliminares de diseño y se realizaron modelos CAD del mecanismo paralelo. Finalmente se elaboraron planos mecánicos y electrónicos para su posible implementación. El costo total, tomando en cuenta los costos de fabricación y diseño se estiman en S/. 35,400. En este trabajo se concluye que el uso de los mecanismos paralelos en el desarrollo de prótesis es una alternativa para incrementar el desempeño de las mismas.Item Diseño de una plataforma educativa modular para fomentar el interés académico hacia la robótica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-14) Ruiz Figueroa, Sebastian; Balbuena Galván, JoséEn las carreras universitarias, es común encontrar a alumnos que no se sientan a gusto con la carrera que estudian. Muchos de ellos sienten que no les motiva aprender conceptos teóricos y sienten haber perdido su tiempo. Mediante una encuesta rápida realizada a 35 alumnos de la carrera de mecatrónica en la PUCP, se corroboró que en efecto, aproximadamente el 50% de los alumnos no se siente motivado durante las clases. Así mismo, más del 50% de los alumnos dijo que de no perder el tiempo ya invertido, cambiarían de carrera. Si hubo algo en lo que la basta mayoría estuvo de acuerdo, fue en que más experiencias prácticas permitirían generar un mayor interés en carreras relacionadas con la robótica. El problema con las experiencias prácticas relacionadas con la robótica es la falta de conocimientos de estudiantes que recién empiezan la carrera. Muchos no tienen conocimiento en circuitos eléctricos, programación o mecánica alguna. Existen los llamados robots modulares, los cuales permiten participar de estas experiencias prácticas por medio de la simplificación del armado de un robot sin conocimiento previo en robótica. Sin embargo, muchos de estos robots o bien son muy costosos, como es el caso del Turtle bot, o no están especializados en el aprendizaje robótico, como es el caso de los Cubelets. De esta manera, nació la idea de REM bot, una plataforma robótica móvil de bajo costo, diseñada para brindar experiencias prácticas a alumnos de ingeniería interesados en aprender más sobre robótica. Este robot cuenta con 4 tipos de módulo, comenzando por el módulo principal al cual se le pueden acoplar diferentes tipos de configuración móvil (omnidireccional, diferencial, etc.). Otros tipos de módulo incluyen al módulo de control (encargado de conectar todos los diferentes módulos y detectar automáticamente el cambio), módulo de sensores (módulo que permite navegación autónoma por medio de un arreglo de sensores), y finalmente el módulo de actuadores (con un mecanismo de empuje de biela manivela). Al ser software de código abierto, el docente a cargo de la experiencia práctica puede decidir qué tanta libertad le da a sus estudiantes para configurar al robot. Por ejemplo, manteniéndolo simple con la configuración más básica, conectando el módulo principal y el de control, o algo más complejo involucrando un algoritmo de control y la conexión de los 4 tipos de módulo. De esta manera se pueden brindar experiencias prácticas a alumnos con diferentes niveles de conocimiento y así fomentar el interés en la robótica. Este trabajo incluye toda la etapa del diseño del robot, planos mecánicos, diseño de una interfaz gráfica para interactuar con el mismo, y algunas pruebas hechas en un prototipo parcialmente funcional del REM bot.Item Diseño de una plataforma de elevación con una rampa automática como medio de acceso para personas con movilidad reducida al transporte público(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-13) Morales Bravo, Jesús Sebastian; Elías Giordano, Dante ÁngelEn este documento, se presenta el diseño de un sistema mecatrónico conformado por un sistema de elevación y un sistema de traslación, con finalidad de permitir el acceso a personas con movilidad reducida, especialmente aquellas que usan sillas de ruedas, hacia la entrada de los buses de la línea roja del corredor complementario peruano. El sistema tiene una capacidad máxima de carga de 400kg, la cual se eleva a una altura de 1.10 m con respecto a la acera con una velocidad de 0.50 cm/s, permitiendo que el usuario llegue a la entrada del bus situada en la puerta posterior. La geometría está diseñada para sillas de ruedas de uso común con dimensiones máximas de 1.30 m de largo y 0.8 m de ancho. El desarrollo del documento contempla inicialmente un breve resumen del trabajo de investigación con respecto al diseño conceptual del sistema propuesto siguiendo la metodología UFSC, resaltando conceptos claves, mecanismos existentes en el estado del arte, tesis, patentes y una solución conceptual representada en bocetos. A partir de este primer capítulo, se empieza a desarrollar el diseño mecánico teniendo en cuenta consideraciones preliminares para el desarrollo de los cálculos, los cuales junto con simulaciones en elementos finitos permiten seleccionar los distintos materiales y componentes mecánicos e hidráulicos. Luego se realiza el diseño eléctrico-electrónico y de control, donde se detalla el diagrama de funcionamiento, la lógica de control, y la selección de los distintos componentes eléctricos-electrónicos que se usaran para controlar y energizar el sistema. Por último, se realiza la integración del dominio mecánico y electrónico, presentando diseños 3D, planos y un balance de costos. El sistema de elevación se basa en un mecanismo tipo tijera los cuales son usados por su robustez y su alta capacidad de carga sin perder el equilibrio. Por otro lado, el mecanismo de traslación está basado en un mecanismo telescópico el cual permite el traslado horizontal de cargas en voladizo con una flexión despreciable. Asimismo, se dispondrá de un panel de control el cual contendrá el controlador, relés de estado sólido y contactores, los cuales controlaran la entrada y salida de información de los sensores. La integración del sistema en sus tres dominios no supera los US$ 12000 dólares estadounidenses, por lo que podemos concluir que su inversión está dentro del rango comercial.Item Diseño de una secadora automática para granos de cacao con capacidad para 60 Kg.(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-29) Acuña Sánchez, Adrian Ysrael; García Zevallos, Luis EnriqueEl presente trabajo consiste en el diseño de una máquina secadora de tambor rotatorio con capacidad para 60 kg de granos húmedos de cacao previamente fermentados, cuya función es reducir la humedad de los granos homogéneamente hasta un 8% en base húmeda. La eliminación de la humedad al interior del sólido seco es realizada por transferencia de calor mediante inyección de aire a 55°C. Como desarrollo del proyecto, se presenta el diseño mecánico de la secadora según los requisitos establecidos en la etapa conceptual, definiendo las dimensiones necesarias del tambor rotatorio, de 740 mm de diámetro y 550 L de capacidad neta, su estructura de soporte, las especificaciones del sistema de descarga de granos y el motorreductor de 1.5HP, necesario para girar el tambor a 30 RPM. Posteriormente, se completa el diseño del sistema de generación de aire caliente, compuesto por un calentador de resistencias de 11 kW, un ventilador centrífugo de 0,15 kW, una termocupla y una lámina termoaislante de lana de roca necesarios para el calentamiento, transporte del aire y la conservación de la energía calorífica en el sistema de secado. Para el sistema de control de temperatura del aire se realiza el diseño y selección de los circuitos de electrónica de potencia, se selecciona el PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C para el control de los elementos eléctricos y electrónicos de la secadora y se realiza una simulación del sistema PID de control de temperatura que permite validar los parámetros del sistema de control. Por otro lado, a fin de aprovechar las características climáticas del entorno de operación del proyecto, se considera el diseño de un sistema de energía solar, compuesto por 4 paneles y un banco de baterías que suministran 1 kW de potencia a la secadora. Finalmente, se culmina con la evaluación de la inversión necesaria para el proyecto, que incluye el costo del desarrollo, fabricación e instalación de la secadora, la cual ofrece un presupuesto final estimado en S/39 780,60.Item Diseño de un sistema automático para el cultivo vertical de hortalizas e inspección por visión artificial(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-16) Aguilar Paredes, David Moisés; Crisóstomo Romero, Pedro MoisésLa incertidumbre en la producción de alimentos se intensifica debido a la contaminación del suelo, el cambio climático y el inminente aumento de la población a 9.8 mil millones de personas. La agricultura convencional, con su uso intensivo de químicos, ha contribuido a perder el 30% de las tierras arables a nivel mundial en las últimas cuatro décadas. Esta situación destaca la urgencia de replantear los métodos de producción para abordar la creciente demanda, preservar los recursos y garantizar la sostenibilidad a largo plazo. En respuesta a este desafío, la agricultura vertical ha surgido como una solución tecnológica que ofrece protección contra insectos y enfermedades, además de posibilitar la producción independientemente de los factores climáticos. Este estudio de investigación se propone analizar el estado actual de la agricultura vertical, diseñar un sistema que permita el cultivo e inspección a través de visión artificial, y seleccionar dicho sistema mediante criterios técnicoseconómicos y un análisis de costos. En el primer capítulo, se presenta la problemática abordada, los objetivos, la metodología, y el alcance del trabajo. Se realiza un análisis exhaustivo del estado del arte sobre las tecnologías en cultivos verticales y proyectos anteriores. En el segundo capítulo, se aborda el proyecto conceptual, destacando la elección de una solución basada en un análisis técnico-económico. Esta solución implica la propuesta de una estructura metálica para alojar niveles de cultivos, integrando sensores para monitorear los parámetros de las plantas y actuadores para la distribución de la solución nutritiva. En el tercer capítulo, se diseña y simula la estructura metálica para garantizar el cumplimiento de los requerimientos establecidos. Además, se eligen los sensores, actuadores, fuentes de energía y una cámara para el subsistema propuesto. Finalmente, se simula el algoritmo de procesamiento de imágenes, se realizan pruebas del subsistema de transporte de la cámara, se estima el costo y se presentan las conclusiones del proyecto. En resumen, esta investigación propone una solución innovadora que integra la agricultura vertical y visión artificial para abordar los desafíos de la agricultura tradicional, siendo clave para asegurar la futura seguridad alimentaria.Item Diseño de una silla de ruedas teleoperada para niños con discapacidad física motriz(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-15) Manrique Gómez, Kenzo Nicolas; Elias Giordano, Dante AngelEn el presente trabajo de investigación se realizó el diseño de una silla de ruedas teleoperada para niños con discapacidad física motriz entre los 6 y 12 años. El diseño de la silla de ruedas teleoperada posee dos modalidades, conducción manual por medio de un módulo joystick y conducción remota por medio de un dispositivo móvil. Además, el paciente tiene la posibilidad de realizar sus necesidades higiénicas con mayor facilidad y comodidad desde la propia silla de ruedas por medio de un asiento extraíble, ubicando la silla sobre el inodoro. En este documento se presentan los antecedentes del Trabajo de Investigación de Manrique (Manrique, 2022) sobre el concepto de solución de la silla de ruedas teleoperada basada en la metodología “Design Methodology for Mechatronic Systems”, propuesta por la Profesora Karol Muñoz, el Ingeniero Víctor De Negri y el Magíster Vinícius Vígolo (De Negri, 2021). Bajo esta premisa, se desarrolló el subsistema mecánico de la silla con el modelamiento en 3D de los componentes mecánicos con su respectivo análisis dimensiona de esfuerzos y deformación para corroborar la admisibilidad mecánica de la estructura de la silla. Además, se realizó la selección de los componentes de actuación. Posteriormente, se desarrolló el subsistema eléctrico/electrónico y de control de la silla, donde se continuó con la selección de los componentes electrónicos (sensores, comunicación Wifi, controlador y fuente de energía) y sus respectivos diagramas esquemáticos. Luego, se diseñó el diagrama de flujo y lógica de funcionamiento de la silla, así como el diseño de la interfaz manual y remota de la silla a través de un prototipo de una aplicación móvil. Finalmente, se presenta el dispositivo general, planos mecánicos de ensamble y despiece, así como los planos de estimación de costos de fabricación.Item Diseño de un dispositivo para monitoreo de balones de gas licuado de petróleo domésticos mediante una aplicación móvil(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-09) Avalos Alba, José Diego; Rivera Calagua, Bryan JoelEn el Perú, el gas licuado de petróleo (GLP) es el combustible más utilizado para cocción de los alimentos, con cerca del 70% de familias peruanas dependiendo de él. Sin embargo, actualmente existen pocas tecnologías que permitan monitorear con precisión la cantidad de gas restante en los balones y detectar posibles fugas, lo cual compromete la seguridad, bienestar y comodidad de las familias. Disponer de información precisa sobre el nivel de gas y la detección de fugas resulta en un uso más eficiente y seguro de este recurso, por lo cual, el presente trabajo plantea el diseño de un dispositivo que pueda determinar el nivel del gas y detectar fugas en balones de GLP domésticos, siguiendo la metodología del diseño mecatrónico, desarrollada en conjunto entre la PUCP y la UFSC. El trabajo está dividido en dos sistemas: el de medición y el de software. El sistema de medición, que se colocará en el balón, incluye el diseño mecánico, electrónico y de control. Simulaciones con el método de elementos finitos utilizando Autodesk Inventor determinarán si el dispositivo puede soportar el peso de un balón. El sistema de software contempla una arquitectura de cloud computing y una aplicación móvil que almacena las mediciones del nivel de gas en la nube, permitiendo al usuario acceder a esta información en su celular para Android e iOS. Se simulará el funcionamiento de la base de datos en la nube enviando datos artificiales y verificando que la aplicación móvil recibe esta información. También se utilizarán estos datos para predecir la fecha aproximada en la que se agotará el gas. Finalmente, se concluye que el dispositivo desarrollado es capaz de monitorear eficazmente el nivel de gas, mejorando la seguridad y eficiencia en los hogares peruanos. La implementación de este dispositivo puede prevenir accidentes domésticos y optimizar el uso del GLP, ofreciendo una solución viable y con un costo estimado de 1700 soles.